疏勒河双墩子—玉门关归束河段主要工程地质问题评价

郑宝平

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

根据国务院批准的《敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划(2011—2020年)》，疏勒河干流河道恢复与归束工程是保护敦煌市西湖国家级自然保护区生态环境的主要工程措施之一，是确保实现规划确定的疏勒河干流生态下泄水量目标的重要保障工程。双墩子—玉门关段疏勒河河道恢复与归束工程是疏勒河干流河道恢复与归束工程的主要部分，该段河道地质环境复杂，河道纵坡缓，流道分散，输水效率很低，通过开挖疏通、填筑控导河堤归束主槽等措施，恢复和疏通疏勒河河道，提高河道输水功能，实现疏勒河干流在规划水平年的生态输水目标，实施该项目十分必要和迫切。

1 地质概况

双墩子—玉门关归束河段(桩号K311+500～K408+776)长97.28km，位于安敦盆地内，海拔1050～1010m，总体地势自北东向南西倾斜。沿线出露第四系全新统不同成因地层，岩性主要为粉质黏土、砂质黏土、砂质淤泥、粉砂土、粉细砂层和风成细砂。在大地构造上属喜马拉雅旋回构造运动，以大面积的垂直升降运动为主。据物探资料，槽地存在东西向隐伏断层，大致沿疏勒河延伸。区内物理地质现象主要表现为风沙淤积河床、龟裂土洞及土层盐渍化等。工程区属极干旱区，年降水量仅为43.2mm，年蒸发量2505.1mm，四季多风沙，年均无霜期142d，最大冻土深度128cm。区内地下水主要由第四系孔隙性潜水、承压水组成，分布在盆地冲洪积、冲湖积、湖积地层中，由于沉积环境及含水层岩性的差异，地下水表现为从山前至细土平原区，由潜水逐渐过渡为承压水，富水性由强变弱。地下水对混凝土具强腐蚀性、对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性、对钢结构具中等腐蚀性。据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，归束河段地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度为Ⅵ度。

2 主要工程地质问题

归束河段地形地质条件复杂，基本无成型河道可利用，沿线穿越双墩子风蚀墩台、哈拉诺尔湖盆以及下游盐渍沼泽地，环境工程地质问题突出，预先采取有效防治措施，对保证工程顺利实施至关重要。

2.1 风蚀及风积砂淤积问题

归束河段位处甘肃省西部干旱荒漠地带[1- 2]，宽浅干涸河床两侧多有风积砂堆积，呈半固定的砂丘、砂垄，相对河床高差3～8m，在照壁梁一带风积砂形成砂坝堵塞河床。区内四季多风沙，区内大风和沙尘暴频繁，全年8级以上的大风日14d，沙尘暴日数10d左右，风力侵蚀模数2500～5000t/(km2·a)。疏挖河道两侧风蚀作用强烈，流动砂丘广布，存在风蚀、流动砂丘危害及风积砂淤积河床问题，影响输水效率。建议归束线路尽量绕避风积砂丘，在河堤外坡及外围设置草方格砂障、砂埂砂障结合，种植固砂植物等固砂措施。

2.2 盐渍土问题

2.2.1盐渍土含盐量化学分析成果

2.2.2盐渍土按含盐量分类

根据盐渍土的形成原因和特性，土体含盐量随深度有逐渐减小的趋势，据土体盐渍化程度大体可划分为3段，见表1。其中第①和第③段土体盐渍化相对第②段要程度要浅。

表1 盐渍土按含盐量分类表

2.2.3地基溶陷

归束段沿线地表大多为氯盐渍土或亚氯盐渍土，根据SY/T0317—1997《盐渍土地区建筑规范》[4]进行综合分析评价，归束段沿线土层为溶陷性盐渍土，总溶陷量S=220～630mm，地基为Ⅱ～Ⅲ级中～强溶陷性地基。

2.2.4盐胀性分析

盐渍土的盐胀主要是由于土体失水或温度降低导致盐类(Na2SO4)结晶膨胀引起的，主要是由于硫酸钠吸水结晶体积膨胀，失水体积缩小，如此反复胀缩，破坏了土的结构，并改变了土的密度，使土体变松。结合试验数据及同类工程分析类比，归束段地层0～1.0m深度范围内地基土中Na2SO4含量大于1%，依据GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》(2009版)判定，表层1m以上深度范围内盐胀作用明显。据《工程地质手册》(第4版)[5]，盐渍土产生盐胀的土层厚度为1.5m左右，盐胀力一般小于100kPa。由于该工程为间歇性输水，运行期间地表的盐胀现象将加剧，盐胀将破坏堤身结构，工程区调查显示，胀缩引起土体结构破坏变松的厚度为0.5～0.7m，建议河堤采取工程护坡措施，以防输水冲刷流失对堤身造成的剥皮破坏。

2.2.5溶陷性分析

盐渍土在受水浸泡后，土颗粒间的结晶盐被水溶解、流失，导致土体结构破坏、松散而产生的沉降变形称为溶陷，溶陷大小与易溶盐性质、含量、赋存状态和水的径流条件及浸水时间长短等有关。归束河段地层岩性主要为粉质黏土、粉砂土、粉细砂，潜水埋深0.53～9.9m，初判为溶陷性土。根据SY/T0317—1997《盐渍土地区建筑规范》进行复判，地表0～1m的盐渍土溶陷系数δ=0.08～0.096，为强溶陷性盐渍土。盐渍土河段开挖筑堤需采取换填处理。

2.2.6腐蚀性问题

2.3 冻胀问题

本区为季节性冻土区，最大冻深128cm。冻胀受地层岩性及透水性、持水度和地下水埋深、地基土毛细上升高度诸因素的控制，经勘探揭示盐池湾以下线路地下水位埋深均1.4～4.5m，地基土为粉细砂、粉砂土或粉质黏土层，为易发生冻胀土。粉细砂天然含水量2.1%～4.6%，粉砂土天然含水量16%～23.5%，粉质黏土天然含水量22.6%～31.8%，无论地表渗入水还是地下毛细上升水，只要有水的介入，在冬季冻结之前土体含水量仍很高时，该类土就会产生强～特强冻胀，结合试验成果，根据GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》[6]判定，该地基冻胀等级Ⅳ～Ⅴ级。建议将建筑物基础置于最大冻土深度以下，渠底铺设非冻胀粗粒土垫层[7]，合理调配输水时间，以便渠基水在入冬前有充分疏干时间，防止地下水升高引起的冻胀破坏，对河道中低洼段积水引起的冻胀要足够重视。

2.4 渗漏问题

河道渗漏取决于河基地层的透水性及地下水赋存状态。双墩子～哈拉诺尔湖归束段据勘探揭示，上部地层岩性以粉质黏土为主，下部为富水性较好的砂层或砂砾层，存在排泄和储存潜蚀物的通道，地下水埋深5～8m。由于河段长期干涸，粉质黏土层分布有许多宽度在0.5～2cm的龟裂缝及洪水冲蚀形成的土洞，洞径一般在20～30cm不等，龟裂和土洞连通性较好，构成了强透水通道，暂时性洪水在该河段会迅速下渗消亡。河道开挖时需对孔洞发育段进行回填夯实和防渗处理。哈拉诺尔湖以下段位于细土平原区，河道与湖泊相间分布，地基岩性多为湖冲积粉细砂、粉质黏土，属弱透水层，地下水埋深小于4.5m，地下水位以上土层渗漏损失小，做适当防护即可。

2.5 岸坡稳定问题

经地质测绘，双墩子-玉门关归束河段天然岸坡和开挖疏导河堤边坡均为土质岸坡，岸坡岩性以粉质黏土和砂质粉土为主，部分岸坡陡峻，河床切割深度2～8m，岸坡抗冲刷能力弱，加之间歇性输水，水位变幅较大，在水流侧向冲刷、浸泡、掏蚀坡角和水位升降作用下，易发生蠕变、崩塌、座塌现象，随着时间推移和冻融交替，此类现象会不断向岸外扩展，发生岸坡再造现象。土质岸坡整体稳定状况较差，建议对两岸岸坡采取防塌护坡和生物固坡措施。

2.6 冲刷问题

归束线路通过漫流型疏勒河故道、哈拉诺尔湖盆，古河道宽浅散流，支沟发育。区内植被稀疏，地层结构简单，降水稀少但集中，洪水冲刷痕迹明显，水土流失严重。在洪水期，水流下切冲刷和斜向冲刷作用表现强烈，会对归束河堤和其他建筑物造成冲刷破坏。建议跨沟段采取必要的防洪、防冲刷措施，河堤基础置于最大冲刷深度以下，防止基础发生侧蚀、冲刷及沉降破坏。

2.7 次生盐渍化问题

工程区气候干旱，降雨少，蒸发强烈，盐分积聚土壤表层的数量多于向下淋洗的数量，是引起土壤积盐的重要原因，导致了盐渍土的形成；沿线地层岩性多为粉砂土、粉质黏土等细粒土，毛细上升高度较大、速度快，加之地下水埋深较浅、矿化度较高，地下水沿毛管大量上升至地表，在地表强烈积盐；在湖区和沼泽洼地，排水条件差，盐分随地面、地下径流由高处向低处汇集，积盐状况也由高处到低处逐渐加重，在低洼带大量聚积，为主要盐渍土分布区。归束河段及其外围盐渍土广布，就近开挖弃料盐渍化强烈，填筑河堤会出现侧向潜蚀渗漏，其破坏后果很难预测，外运盐渍化较轻土体填筑河堤后，受蒸发、毛细作用等影响，仍会发生次生盐渍化。盐渍化对河堤的破坏要引起高度重视，对位于盐渍土区河堤采取防水和生物固坡措施。

3 工程实施情况

疏勒河双墩子—玉门关归束工程于2013年8月开工建设，2016年大部分河段基本建成[8]。在工程建设过程中，针对线路存在的主要工程地质问题，设计采取了绕线、换填、防渗等措施，有效避开了大部分风积砂掩埋河道、盐渍土富集等不良地段。对河道部分结晶盐塞段采取外运土料换填法，对龟裂和土洞发育段采取翻夯、回填土料防渗等工程措施进行治理。因哈拉诺尔湖下游部分河段未完全恢复，2016年在已建成的河道进行了试通水，下泄水全部流入干涸多年的哈拉诺尔湖，形成了20多km2的水面，向敦煌西湖国家级自然保护区生态补水初见成效。

4 结语

(1)双墩子—玉门关归束河段，纵坡变化复杂，基本无成型河道可利用，需穿越哈拉诺尔湖盆以及下游的盐渍沼泽地。上游段主要工程地质问题是强渗漏和风蚀风积作用影响归属河道的成型稳定问题；下游段主要工程地质问题是盐渍土溶陷、盐胀、腐蚀和强冻胀作用影响归属河堤堤基沉陷和渠坡稳定问题。

(2)盐渍湖沼富盐段地下水水位浅，蒸发强烈，河道开挖输水后会形成结晶盐盐塞，壅塞河道，影响输水效率。对线路通过盐渍湖沼区，宜先期开挖试验段，研究存在的工程地质问题，总结经验，有效指导设计和施工。

(3)归束工程完建后，会有效增强疏勒河河道行洪功能，对改善和恢复敦煌西湖国家级自然保护区生态环境和促进社会经济发展有着深远的影响。